תנועה סיבובית של כדור הארץ: מאפיינים והשלכות - גוּפָנִי - 2025

התנועה הסיבובית של כדור הארץ הוא אחד שמפעיל את הפלנטה שלנו סביב הציר של כדור הארץ בכיוון מערב-מזרח והיא נמשכת כ יום אחד, במיוחד 23 שעות, 56 דקות ו 3.5 שניות.

תנועה זו, יחד עם התרגום סביב השמש, הם החשובים ביותר שיש לכדור הארץ. בפרט, תנועת הסיבוב משפיעה מאוד על חיי היום יום של יצורים חיים, מכיוון שהיא מעוררת ימים ולילות.

איור 1. הודות לתנועת כדור הארץ, אזור אחד נשאר מואר (יום) ואילו השני בלילה. מקור: Pixabay.

לכן בכל מרווח זמן יש תאורה סולארית מסוימת, וזה מה שמכונה בדרך כלל יום, והיעדר אור שמש או לילה. סיבוב כדור הארץ טומן בחובו גם שינויים בטמפרטורה, מכיוון שהיום הוא תקופת התחממות ואילו הלילה הוא תקופת צינון.

נסיבות אלה מסמנות נקודת ציון בכל היצורים החיים המאכלסים את כדור הארץ, ומולידים ריבוי התאמות מבחינת הרגלי החיים. לדבריה, החברות קבעו את תקופות הפעילות והמנוחה בהתאם למנהגיהן והושפעות מהסביבה.

ברור שהאזורים הבהירים והכהים משתנים ככל שמתרחשת תנועה. כאשר מחלקים 360 מעלות עם היקף, בין 24 השעות שאליהן מעוגלים יום, מתברר כי תוך שעה אחת האדמה סובבה 15 מעלות לכיוון מערב-מזרח.

לכן, אם נעבור למערב 15 מעלות, זה שעה קודם לכן, ההפך קורה אם אנו נוסעים למזרח.

מהירות הסיבוב של כדור הארץ על צירו משלו הוערכה כ- 1600 קמ"ש בקו המשווה, וכתוצאה מכך הירידה ככל שהיא מתקרבת לקטבים, עד שהיא מבטלת החוצה בדיוק על ציר הסיבוב.

מאפיינים וסיבות

הסיבה שכדור הארץ מסתובב סביב צירו נעוצה במקורותיה של מערכת השמש. ייתכן שהשמש בילתה זמן רב רק לאחר הכבידה איפשרה את הולדתה מהחומר האמורפי המאכלס את החלל. עם התהוותה, השמש רכשה את הסיבוב שמספק ענן החומר הפרימיטיבי.

חלק מהעניין שהוליד את הכוכב נדחס סביב השמש ליצירת כוכבי הלכת, שגם הם היו בעלי חלקם במומנטום הזוויתי של הענן המקורי. באופן זה, לכל כוכבי הלכת (כולל כדור הארץ) תנועה סיבובית משלהם בכיוון מערב-מזרח, למעט ונוס ואורנוס, המסתובבים בכיוון ההפוך.

יש הסבורים כי אוראנוס התנגש בכוכב לכת אחר בצפיפות דומה ובגלל הפגיעה שינה את צירו ואת כיוון הסיבוב שלו. בוונוס קיומם של גאות ושפל גזים יכול להסביר מדוע כיוון הסיבוב התהפך לאט עם הזמן.

תנופה זוויתית

תנופה זוויתית היא, בסיבוב, תנופה לינארית לתרגום. לגוף המסתובב סביב ציר קבוע כמו כדור הארץ, עוצמתו ניתנת על ידי:

בשנת L במשוואה הזאת הוא התנע הזוויתי (kg.m ² / s), I הוא מומנט האינרציה (kg.m ² ) ו- w הוא המהירות הזוויתית (מרדיאנים / s).

המומנטום הזוויתי נשמר כל עוד אין מומנט רשת הפועל על המערכת. במקרה של היווצרות מערכת השמש, השמש והנושא שהוליד את כוכבי הלכת נחשבים למערכת מבודדת, עליה לא גרם כוח למומנט חיצוני.

התרגיל נפתר

בהנחה שכדור הארץ הוא כדור מושלם ומתנהג כגוף נוקשה ומשתמש בנתונים שסופקו, יש למצוא את תנופת הסיבוב הזוויתית שלו: א) סביב צירו עצמו וב) בתנועתו התרגומית סביב השמש.

פִּתָרוֹן

א) ראשית עליכם לקבל את רגע האינרציה של כדור הארץ כתחום של רדיוס R ומסה M.

המהירות הזוויתית מחושבת כך:

כאשר T היא תקופת התנועה, שהיא במקרה זה 24 שעות = 86400 שניות, לכן:

התנע הזוויתי של הסיבוב סביב הציר שלו הוא:

ב) לגבי תנועת התרגום סביב השמש, כדור הארץ יכול להיחשב כאובייקט נקודתי, שרגע האינרציה שלו הוא I = MR ² _m

בשנה יש 365 × 24 × 86400 ש '= 3.1536 × 10 ⁷ שניות, המהירות הזוויתית של כדור הארץ היא:

עם ערכים אלה המומנטום הזוויתי המסלול של כדור הארץ הוא:

השלכות התנועה הסיבובית

כאמור, רצף הימים והלילות, עם השינויים שלהם בהתאמה בשעות האור והטמפרטורה, הם התוצאה החשובה ביותר של התנועה הסיבובית של כדור הארץ בציר שלה. עם זאת, השפעתה משתרעת מעט מעבר לעובדה המכריעה הזו:

- סיבוב כדור הארץ קשור קשר הדוק לצורת כדור הארץ. כדור הארץ אינו כדור מושלם כמו כדור ביליארד. כאשר הוא מסתובב, מתפתחים כוחות המעוותים אותו, גורמים לתפיחה בקו המשווה וכתוצאה מכך השטחה בקטבים.

- עיוות כדור הארץ מביא לתנודות קטנות בערך האצת הכבידה g במקומות שונים. כך, למשל, הערך של g גדול יותר בקטבים מאשר בקו המשווה.

- התנועה הסיבובית משפיעה רבות על התפלגות הזרמים הימיים ובמידה רבה משפיעה על הרוחות, בשל העובדה שהמוני האוויר והמים חווים סטיות מהמסלול שלהם הן במובן של כיוון השעון (חצי הכדור הצפוני) והן בכיוון ההפוך (חצי הכדור הדרומי).

- נוצרו אזורי זמן, על מנת להסדיר את חלוף הזמן בכל מקום, שכן אזורי כדור הארץ השונים מוארים על ידי השמש או מחשיכים.

אפקט קוריוליס

אפקט קוריוליס הוא תוצאה של סיבוב כדור הארץ. מכיוון שהתאוצה קיימת בכל הסיבוב, כדור הארץ אינו נחשב למסגרת התייחסות אינרציאלית, וזה מה שצריך כדי להחיל את חוקי ניוטון.

במקרה זה, מופיעים כוחות הפסאודו שנקראים, כוחות שמקורם אינו פיזי, כמו הכוח הצנטריפוגלי שחווים נוסעי מכונית כשהוא עובר עקומה ומרגיש שהם מועברים לצד אחד.

כדי לדמיין את השפעותיו, שקול את הדוגמה הבאה: ישנם שני אנשים A ו- B על פלטפורמה בסיבוב נגד כיוון השעון, שניהם במנוחה ביחס אליה. אדם א 'זורק כדור לאדם ב', אך כשהכדור מגיע למקום בו היה ב ', הוא כבר עבר והכדור מסובב מרחק s, כשהוא עובר אחרי ב'.

איור 2. תאוצה של קוריוליס גורמת לכדור להסיט את דרכו לרוחב.

הכוח הצנטריפוגלי אינו אחראי במקרה זה, הוא כבר פועל מחוץ למרכז. זהו כוח קוריוליס, שהאפקט שלו הוא להסיט את הכדור לרוחב. זה קורה של A וגם B יש מהירויות כלפי מעלה שונות, מכיוון שהם נמצאים במרחקים שונים מציר הסיבוב. המהירות של B גדולה יותר והם ניתנים על ידי:

חישוב תאוצה של קוריוליס

לתאוצה של קוריוליס השפעות משמעותיות על תנועת המוני האוויר, ובכך משפיע על האקלים. זו הסיבה שחשוב לקחת זאת בחשבון כדי ללמוד כיצד זרמי אוויר וזרמי אוקיינוס ​​נעים.

אנשים יכולים לחוות זאת גם כאשר הם מנסים ללכת על רציף מסתובב, כמו קרוסלה נעה.

למקרה שמוצג באיור הקודם, נניח כי לא מובאים בחשבון כוח הכבידה והתנועה מדמיינת ממערכת הפניה אינרציאלית, חיצונית לרציף. במקרה זה, התנועה נראית כך:

איור 3. שיגור הכדור הנראה ממערכת הפניה אינרציאלית. הנתיב העוקב הוא ישר (הכובד אינו נלקח בחשבון).

הסטייה שחווה הכדור מהמיקום המקורי של אדם B היא:

אבל R _B - R _A = vt, אם כן:

s = ω. (vt). t = ω vt ²

זו תנועה עם מהירות ראשונית 0 ותאוצה קבועה:

א _{קוריוליס} = 2ω .v

הפניות

1. Aguilar, A. 2004. גאוגרפיה כללית. 2. מַהֲדוּרָה. אולם פרנטיס. 35-38.
2. Giancoli, D. 2006. פיזיקה: עקרונות עם יישומים. 214-216. אולם פרנטיס.
3. לורי, וו. 2007. יסודות הגיאופיזיקה. 2. מַהֲדוּרָה. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '48-61.
4. אוסטר, ל. 1984. אסטרונומיה מודרנית. Reverte העריכה. 37-52.
5. בעיות פיזיקליות בעולם האמיתי. כוח קוריוליס. התאושש מ: real-world-physics-problems.com.
6. מדוע כדור הארץ מסתובב? נלקח מ: spaceplace.nasa.gov.
7. ויקיפדיה. אפקט קוריוליס. התאושש מ: es.wikipedia.org.